DE2811478C3

DE2811478C3 - Fangvorrichtung für abgeschleuderte Laufschaufeln

Info

Publication number: DE2811478C3
Application number: DE2811478A
Authority: DE
Inventors: Henry Shirley Brailsford Derby Tubbs (Ver. Koenigreich)
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1977-03-17
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1980-07-24
Also published as: US4199300A; DE2811478B2; FR2384111B1; IT1093366B; GB1548836A; FR2384111A1; JPS53131313A; IT7821288A0; DE2811478A1; JPS5613162B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fangvorrichtung für abgeschleuderte Laufschaufeln einer Gasturbine der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Eine solche Fangvorrichtung ist aus der DE-OS 14 26 808 bekannt. Bei dieser bekannten Fangvorrichtung ist ein Schutzring vorgesehen, der eine den Schaufeln zugewandte Ringnut aufweist und im Maschinengehäuse reibungsschlüssig drehbar gelagert ist. Die kinetische Energie der abgeschleuderten Schaufel soll dabei durch die Reibungskraft absorbiert werden, die der von der Schaufel getroffene Ring bei seiner Drehung zu überwinden hat. Außerdem sollen die Bruchstücke der Schaufel aufgefangen werden, um nicht andere Maschinenteile zu beschädigen.

Bei solchen Fangringen bestehen große thermische Gradienten über die axiale Längenerstreckung, und infolgedessen muß das Spiel zwischen den Schaufelspitzen und dem umgebenden Ring genügend groß sein, um jede mögliche Verzerrung des Schutzringes aufnehmen zu können, die von diesen thermischen Ausdehnungsunterschieden herrührt. Solch große Zwischenräume zwischen Schaufelspitze und feststehendem Gehäuse sind jedoch im Hinblick auf den Wirkungsgrad einer solchen Gasturbine höchst unerwünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Fangvorrichtung für abgeschleuderte Schaufclbruchstücke oder Schaufeln zu schaffen, die thermisch ausgeglichen ist, so daß der Dichtspalt zwischen dem Schutzring und den Spitzen der zentrisch darin umlaufenden Schaufeln äußerst gering gehalten werden kann.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs I angegebenen Merkmale.

Durch die Ausbildung des gehäusefesten Schutzringes als Wärmerohr wird infolge der sich hieraus ergebenden isothermischen Eigenschaften gewährleistet, daß die thermischen Gradienten vermindert werden, was Spannungen und Verzerrungen vermeidet.

Der kondensierbare Dampf innerhalb des Schaufelrings ist vorzugsweise Natrium, Der Grund der Wahl von Natrium besteht darin:

a) Er besitzt eine hohe Oberflächenspannung, wodurch ein zufriedenstellender Kapillarvorgang erzeugt wird.

b) Er besitzt eine gute Benetzungscharakteristik in Verbindung mit der Kapillarvorrichtung, um!, zwar

wiederum infolge der hohen Oberflächenspannung.

c) Natrium besitzt eine niedrige Viskosität, wodurch die Pumpwirkung des flüssigen Natriums längs der Kapillaren unterstützt wird.

d) Es ist eine hohe latente Verdampfungswärme vorhanden, die die Wärmeübertragung unterstützt

e) Es ist eine hohe thermische Leitfähigkeit vorhanden, welche die Wärmeübertragung zwischen dem flüssigen Natrium, der stationären Wand und den Kapillaren unterstützt.

^₀ 0 Erstarrungspunkt und Kochpunkt sind den Temperaturbereichen angepaßt, denen die Turbine eines Gasturbinentriebwerks mit Wahrscheinlichkeit ausgesetzt sind, g) Es ist eine hohe Dichte vorhanden, wodurch der

Strömungswiderstand verringert wird, h) Es ist eine chemische Stabilität vorhanden.

Die Kapillaranordnang innerhalb des Schaufelrings besteht vorzugsweise aus einem Gewebe aus rostfreiem Stahl.

to Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. I einen Teilschnitt einer Gasturbine: F i g. 2 eine Querschnittsansicht einer abgewandelten Ausführungsform des Turbinenteils nach Fig. 1.

Die Gasturbine weist hintereinander abwechselnd Rotorstufen und Statorstufen mit ringförmig angeordneten stromlinienförmigen Schaufeln auf. Ein Teil einer solchen Rotorstufe 14 ist in Fig. 1 er.^htlich und diese Rotorstufe weist eine Turbinenscheibe 15 auf, von der nur der Umfangsabschnitt sichtbar ist und die eine ringförmige Anordnung von Laufschaufeln 16 trägt. In diesem Falle ist jede der Laufschaufeln 16 mit einem Tannenbaumfuß 17 versehen, der in entsprechende Ausnehmungen am Umfang der Turbinenscheibe 15 eingreift.

Die heißen, aus der Verbrennungseinrichtung abströmenden Gase fließen in der durch den Pfeil 18 gekennzeichneten Richtung über die Schaufelblätter 19 der Laufschaufeln 16 ab. Um zu gewährleisten, daß der größte Teil der Heißgase über diese Stromlinienoberfläche abströmt, sind sie in einem Ringkanal angeordnet, der durch Plattformen 20 an jeder Laufschaufel 16 am Schaufelfuß und durch einen Gehäusering 21 definiert wird. Die Plattformen 20 benachbarter Laufschaufeln 16 stoßen aneinander und bilden so eine im wesentlichen ununterbrochene Oberfläche und der Gehäusering 21 ist mittels eines Verbindungsringes 22 am Gehäuse (in Fig. 1 nicht dargestellt) der Gasturbine festgelegt.

Der Gehäusering 21 hat einen etwa quadratischen Querschnitt und ist hohl ausgebildet. Die innenliegende Wandung 22 des Gehauseringes, die den Spitzen der Laufschaufeln 16 benachbart liegt, hat eine solche Dicke, daß sie in der Lage ist, von einer Laufschaufel 16 oder einem Schaufelteil durchdrungen zu werden, die von der Rotorstufe 14 abgeschleudert wurden. Der Gehäusering 21 ist so dimensioniert, daß dann, wenn eine Laufschaufel 16 oder ein Schaufelteil die Wand 22

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durchdringt, dieser Teil in das Innere 23 des GehSuserings gelangt und darin zurückgehalten wird. Die Gehäuseringwandung 24, die radial außerhalb der Wand 22 liegt, hat eine genügende Dicke, eine solche Laufschaufel 16 oder einen Schaufelabschnitt aufzufangen. Infolgedessen tritt eine abgeschleuderte Laufschaufel oder ein Teil hiervon in den Gehäusering 21 ein und wird darin aufgefangen, wodurch eine Beschädigung der übrigen stromabwärts gelegenen Abschnitte der Gasturbine verhindert wird.

Wenn eine .Laufschaufel 16 oder ein Teil hiervon abgeschiagen wird, dann kann sie sich ein wenig stromab bewegen, bevor sie mit dem Gehäusering 21 in Berührung gelangt. Um diese Bewegung zu kompensieren und zu gewährleisten, daß die abgeschleuderte Laufschaufel 16 oder der Teil auch in das Innere 23 des Gehäuserings 21 eindringt, erstreckt sich der Gehäusering 21 etwas über das stromabwärtige Ende der Laufschaufeln 16 nach hinten.

Die Innenwände des Gehäuserings 21 besitzen eine Schicht 24 aus einem Gewebe aus rostfreiem Stahl, das durch Punktschweißung befestigt ist. Das Innei c- 23 des Gehäuserings 21 ist evakuiert und enthält eine geringe Menge Natrium. Der Gehäusering 21 arbeitet daher in Form eines Wärmerohres, welches in der vorbeschriebenen Weise wirken kann.

Da der Gehäusering 21 die Gestalt eines Wärmerohres besitzt, verbleibt er im Betrieb der Gasturbine im wesentlichen auf gleicher Temperatur. Obgleich ein thermischer Gradient über der Wand 22 als Folge der Arbeit auftritt, die aus den heißen Gasen abgezogen wird, die die Laufschaufeln 16 durchlaufen, wird infolgedessen durch die isothermischen Eigenschaften des Gehäuserings 21 dieser Gradient vermindert. Bisher hatte die Benutzung massiver oder luftgekühlter Gehöuseringe zur Folge, daß der Dichtspalt der Laufschaufeln 16 genügend groß gemacht werden mußte, um die thermische Verzerrung des Gehäuseringes in Rechnung zu stellen, die als Folge des thermischen Gradienten über dem Gehäusering auftritt. Durch Benutzung eines Gehäuserings 21 in Form eines

ίο Wärmerohres wird eine Verzerrung als Folge der isothermischen Eigenschaften beträchtlich vermindert. Infolgedessen wird ein geringeres Spitzenspiel möglich, wodurch der Wirkungsgrad der Gasturbine verbessert wird.

Es ist klar, daß dann, wenn die Wand 22 von einer abgeschleuderten Laufschaufel 16 oder einem Schaufeiabschnitt durchdrungen wird, der Gehäusering nicht langer als Wärmerohr fungieren kann. Dies hat jedoch keine große Bedeutung, da nach Abschleudern einer

jo Laufschaufel die Gasturbine aus Sicherheitsgründen im allgemeinen abgeschaltet wird, um e^;nc weitere Beschädigung zu verhindern.

In gewissen Fällen kann es erwünscht sein, das Innere 23 des Gehäuserings 21 in eine Reihe einzeiner Wärmerohre 25 zu unterteilen, wie dies aus Fig. 2 ersichtlich ist. Diese einzelnen Wärmerohre 25 wirken auch als Aufnahmebehälter für abgeschleuderte Laufschaufeln 16 oder Schaufelabschnitte und sie gewährleisten darüber hinaus, daß eine gleichförmige Verteilung kondensierbaren Dampfes unter Bedingungen hoher Beschleunigung aufrechterhalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

t. Fangvorrichtung für abgeschleuderte Laufschaufeln einer axial durchströmten Gasturbine, mit einem hohlen Gehäuseringt der die Schaufelspitzen unter Bildung eines Dichtspaltes umgibt und dessen radial innenliegende Wandung so dimensioniert ist, daß abgeschleuderte Laufschaufeln durch diese Wandung in das Innere des Gehäuseringes gelangen können, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuseringes (21) als Wärmerohr ausgebildet ist, welches mit einem Wärmetransportmittel gefüllt ist
2. Fangvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmetransportmittel Natrium ist.
3. Fangvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere des Gehäuseringes (21) Kapillaren aufweist, die aus einem Stahlgewcbc aus rostfreiem Stahl bestehen.
4. Fangvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmerohr in mehrere sektorförmige Kammern (25) aufgeteilt ist, von denen jede als einzelnes Wärmerohr arbeitet.